CN106877734B - 六自由度压电驱动装置及其激励方法 - Google Patents
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Abstract
六自由度压电驱动装置及其激励方法，涉及压电驱动领域。本发明是为了解决现有的多自由度压电驱动装置结构复杂、成本高、实现小型化困难、行程小的问题。本发明的六由度压电驱动装置，包括四组完全相同的压电振子、基体以及工作台；压电振子结构包括水平弯曲压电陶瓷组、竖直弯曲压电陶瓷组和前端盖；水平弯曲压电陶瓷组施加电压激励信号时沿水平方向弯曲；竖直弯曲陶瓷组施加电压激励时沿竖直方向弯曲，通过设计四组压电振子的电压激励信号，协调它们的水平和竖直弯曲运动的时序，在驱动足处形成空间多边形的运动轨迹，进一步利用摩擦力作为驱动力，实现六自由度驱动。用于实现压电驱动装置的六自由度运动。
Description
技术领域
本发明涉及六自由度压电驱动装置及其激励方法。属于压电驱动技术领域。
背景技术
近年来，压电驱动装置被视为一种有效实用的精密驱动装置，它们具有结构简单、体积小、功率密度大、精度高、响应快等优点，这使它们可以工作在工作空间狭小，精度要求高的领域。多自由度压电驱动装置，具有多方向驱动能力，在工作中可以实现多种功能，具有体积小、功能多等优点。基于这些特点，多自由度压电驱动装置在生物医疗，MEMS加工，机器人，航天等高精度领域有着广阔的应用前景。
现有多自由度压电驱动装置大部分采用多个压电叠堆并联机械机构的形式实现多自由驱动，但是利用多个叠堆和并联机构组合，其结构复杂，对加工装配要求极高；利用多个压电叠堆驱动，成本较高；而且压电叠堆的输出行程很小，使得此类多自由度压电驱动装置输出的位移也很小，这些特点严重影响了它们的应用范围。此外，还有一部分利用单自由度压电驱动装置串联而成的多自由度压电驱动装置，此类驱动装置虽然扩大了行程，但是结构复杂，装配精度要求高，大大的影响了其生产与应用。
发明内容
本发明是为了解决现有的多自由度压电驱动装置结构复杂、成本高、实现小型化困难、行程小的问题。现提供六自由度压电驱动装置及其激励方法。
六自由度压电驱动装置，它包括四组压电振子、基体和工作台，
四组压电振子的结构均相同，每组压电振子包括水平弯曲压电陶瓷组、竖直弯曲压电陶瓷组和前端盖，
水平弯曲压电陶瓷组和竖直弯曲压电陶瓷组组成的陶瓷组的首端与基体的四个侧面固定连接，水平弯曲压电陶瓷组和竖直弯曲压电陶瓷组组成的陶瓷组的末端连接有前端盖，前端盖末端设置有驱动足，且驱动足侧壁与工作台接触；
第一组压电振子与第三组压电振子同轴，第二组压电振子与第四组压电振子同轴，第一组压电振子与第二组压电振子轴向垂直；
水平弯曲陶瓷组包括m片水平弯曲陶瓷，竖直弯曲陶瓷组包括n片竖直弯曲陶瓷，其中，m、n均为大于等于2的偶数；
相邻两个水平弯曲陶瓷之间设置有电极片，相邻两个竖直弯曲陶瓷之间设置有电极片，
对水平弯曲压电陶瓷组中的电极片施加电压激励信号时水平弯曲压电陶瓷组沿水平方向弯曲，对竖直弯曲压电陶瓷组中的电极片施加电压激励信号时竖直弯曲压电陶瓷组沿竖直方向弯曲，第一组压电振子和第三组压电振子的水平弯曲压电陶瓷组施加正向电压激励信号时沿X轴正向弯曲，施加负向电压激励信号时沿X轴负向弯曲，
第二振子和第四振子的水平弯曲压电陶瓷组施加正向电压激励信号时沿Y轴正向弯曲，施加负向电压激励信号时沿Y轴负向弯曲；
四组压电振子的竖直弯曲陶瓷组施加正向电压激励信号时沿Z轴正向弯曲，施加负向电压激励信号时沿Z轴负向弯曲。
六自由度压电驱动装置的激励方法，该方法是基于六自由度压电驱动装置实现的，该激励方法能够激励六自由度压电驱动装置实现六自由度运动，六个自由度包括沿X、Y和Z轴的移动，绕X、Y和Z轴的转动；
以沿X轴正向移动为例来说明六自由度压电驱动装置沿X轴正向或负向移动的激励方法：
步骤一一、第一组压电振子和第三组压电振子的竖直弯曲陶瓷组施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第一组压电振子和第三组压电振子的驱动足离开工作台，此时第二组压电振子和第四组压电振子处于初始位置；
步骤一二、第一组压电振子和第三组压电振子的水平弯曲陶瓷组施加正电压，第一组压电振子和第三组压电振子沿X轴正向弯曲。
步骤一三、第一组压电振子和第三组压电振子的竖直弯曲陶瓷组施加电压降为0，它们沿Z轴负向运动，带动第一组压电振子和第三组压电振子的驱动足压在工作台上；
步骤一四、第二组压电振子和第四组压电振子的竖直弯曲陶瓷组施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第二组压电振子和第四组压电振子的驱动足离开工作台；
步骤一五、第一组压电振子和第三组压电振子的水平弯曲陶瓷组施加电压降为0，它们沿X轴负向运动，返回到初始位置，由于驱动足和工作台之间的静摩擦力，六自由度压电驱动装置沿X轴正向移动一步；
步骤一六、第二组压电振子和第四组压电振子的竖直弯曲陶瓷组施加电压降为0，它们沿Z轴负向运动，带动第二组压电振子和第四组压电振子的驱动足压在工作台上；
步骤一七、重复步骤一一到步骤一六，实现对六自由度压电驱动装置在工作台上的连续驱动，实现沿X轴正向持续移动；
以沿Y轴正向移动为例来说明六自由度压电驱动装置沿Y轴正向或负向移动的激励方法：
步骤二一、第二组压电振子和第四组压电振子的竖直弯曲陶瓷组施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第二组压电振子和第四组压电振子的驱动足离开工作台，此时第一组压电振子和第三组压电振子处于初始位置；
步骤二二、第二组压电振子和第四组压电振子的水平弯曲陶瓷组施加正电压，第二组压电振子和第四组压电振子沿Y轴正向弯曲。
步骤二三、第二组压电振子和第四组压电振子的竖直弯曲陶瓷组施加电压降为0，它们沿Z轴负向运动，带动第二组压电振子和第四组压电振子的驱动足压在工作台上；
步骤二四、第一组压电振子和第三组压电振子的竖直弯曲陶瓷组施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第一组压电振子和第三组压电振子的驱动足离开工作台；
步骤二五、第二组压电振子和第四组压电振子的水平弯曲陶瓷组施加电压降为0，它们沿Y轴负向运动，返回初始位置，由于驱动足和工作台之间的静摩擦力，六自由度压电驱动装置沿Y轴正向移动一步；
步骤二六、第一组压电振子和第三组压电振子的竖直弯曲陶瓷组施加电压降为0，它们沿Z轴负向运动，带动第一组压电振子和第三组压电振子的驱动足压在工作台上；
步骤二七、重复步骤二一到步骤二六，实现对六自由度压电驱动装置在工作台上的连续驱动，实现沿Y轴正向持续移动；
以绕Z轴顺时针转动为例来说明六自由度压电驱动装置绕Z轴顺时针转动或逆时针转动的激励方法：
步骤三一、第一组压电振子和第三组压电振子的竖直弯曲陶瓷组施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第一组压电振子和第三组压电振子的驱动足离开工作台，此时第二组压电振子和第四组压电振子处于初始位置；
步骤三二、第一组压电振子的水平弯曲陶瓷组施加负电压，第三组压电振子的水平弯曲陶瓷组施加正电压，第一组压电振子沿X轴负向弯曲，第三组压电振子沿X轴正向弯曲；
步骤三三、第一组压电振子和第三组压电振子的竖直弯曲陶瓷组施加电压降为0，它们沿Z轴负向运动，带动第一组压电振子和第三组压电振子的驱动足压在工作台上；
步骤三四、第二组压电振子和第四组压电振子的竖直弯曲陶瓷组施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第二组压电振子和第四组压电振子的驱动足离开工作台；
步骤三五、第二组压电振子的水平弯曲陶瓷组施加负电压，第四组压电振子的水平弯曲陶瓷组施加正电压，第二组压电振子沿Y轴负向弯曲，第四组压电振子沿Y轴正向弯曲；
步骤三六、第一组压电振子和第三组压电振子的水平弯曲陶瓷组施加电压降为0，第一组压电振子沿X轴正向运动，第三组压电振子沿X轴负向运动，返回其初始位置，由于驱动足和工作台之间的静摩擦力，六自由度压电驱动装置沿Z轴顺时针旋转一个角度；
步骤三七、第二组压电振子和第四组压电振子的竖直弯曲陶瓷组施加电压降为0，它们沿Z轴负向运动，带动第二组压电振子和第四组压电振子的驱动足压在工作台上；
步骤三八、第一组压电振子和第三组压电振子的竖直弯曲陶瓷组施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第一组压电振子和第三组压电振子的驱动足离开工作台；
步骤三九、第二组压电振子和第四组压电振子的水平弯曲陶瓷组施加电压降为0，第二组压电振子沿Y轴正向运动，第四组压电振子沿Y轴负向运动，返回初始位置，由于驱动足和工作台之间的静摩擦力，六自由度压电驱动装置沿Z轴顺时针旋转一个角度；
步骤三十、重复步骤三二到步骤三九，实现对六自由度压电驱动装置在工作台上的连续驱动，实现绕Z轴顺时针连续转动；
以沿Z轴负向移动为例来说明六自由度压电驱动装置沿Z轴正向或负向移动的激励方法：
初始时刻，六自由度压电驱动装置置于工作台上，然后四组压电振子的竖直弯曲陶瓷组都施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，在自身及负载重力的作用下，六自由度压电驱动装置沿Z轴负向移动一步；
以绕X轴顺时针转动为例来说明六自由度压电驱动装置绕X轴顺时针转动或逆时针转动的激励方法：
初始时刻，六自由度压电驱动装置置于工作台上，然后第二组压电振子、第三组压电振子、第四组压电振子的竖直弯曲陶瓷组均施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，在自身及负载重力的作用下，六自由度压电驱动装置绕X轴顺时针转动一个角度；
以绕Y轴顺时针转动为例来说明六自由度压电驱动装置绕Y轴顺时针转动或逆时针转动的激励方法：
初始时刻，六自由度压电驱动装置置于工作台上，第一组压电振子、第三组压电振子、第四组压电振子的竖直弯曲陶瓷组均施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲振动，在自身及负载重力的作用下，六自由度压电驱动装置绕Y轴顺时针转动一个角度。
本发明的有益效果：
本发明提供了六自由度压电驱动装置，工作中，可以实现多方向驱动，实现多种功能。六自由度压电驱动装置结构由基体、四个压电振子以及工作台组成，加工装配简单，体积小，质量轻。本发明的六自由度压电驱动装置不但可以实现在水平面内的无限行程的移动，而且可以在水平面内无限转动，行程大，可以用于远距离高精度的运输。同时，利用压电陶瓷组驱动，驱动的精度高，在超精密加工领域有着极大的应用前景。
本发明通过四个或者多个弯曲运动的夹心式压电振子与基体连接，实现在工作台上的多自由度驱动，结构简单，易于实现小型化；利用压电陶瓷组代替以往的压电叠堆，大大地降低了多自由度压电驱动器的成本；此外，本发明的六自由度压电驱动装置，可以实现在水平面内无限移动以及持续转动，实现大行程输出，可用于远距离高精度的运输及大尺度超精密加工领域。这些优点极大的拓展了多自由度压电驱动器的应用范围，有着十分显著的现实意义。
附图说明
图1是六自由度压电驱动装置的立体结构示意图；
图2是六自由度压电驱动装置简化示意图；
图3是六自由度压电驱动装置沿X轴移动示意图；
图4是六自由度压电驱动装置沿Y轴移动示意图；
图5是六自由度压电驱动装置水平面内绕Z轴旋转示意图；
图6是六自由度压电驱动装置竖直方向沿Z轴移动示意图；
图7是六自由度压电驱动装置绕X轴旋转示意图；
图8是六自由度压电驱动装置绕Y轴旋转示意图；
图9是六自由度压电驱动装置水平面内移动示意图；
图10是六自由度压电驱动装置驱动工作台运动示意图；其中，图中的Z轴所指的方向表示竖直方向，X、Y轴表示水平面内两相互垂直的方向。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的六自由度压电驱动装置，它包括四组压电振子1、基体2和工作台3，
四组压电振子1的结构均相同，每组压电振子1包括水平弯曲压电陶瓷组1-1、竖直弯曲压电陶瓷组1-2和前端盖1-3，
水平弯曲压电陶瓷组1-1和竖直弯曲压电陶瓷组1-2组成的陶瓷组的首端与基体2的四个侧面通过螺纹连接，水平弯曲压电陶瓷组1-1和竖直弯曲压电陶瓷组1-2组成的陶瓷组的末端连接有前端盖1-3，前端盖1-3末端设置有驱动足1-5，且驱动足1-5侧壁与工作台3接触，且驱动足1-5侧壁与工作台3接触，利用它们之间的摩擦力作为驱动力，实现六自由度压电驱动装置的驱动；
所述的四组压电振子1在驱动过程中，驱动足1-5末端质点的空间运动轨迹为任意的闭合多边形。
第一组压电振子1-6与第三组压电振子1-8同轴，第二组压电振子1-7与第四组压电振子1-9同轴，第一组压电振子1-6与第二组压电振子1-7轴向垂直；
水平弯曲陶瓷组1-1包括m片水平弯曲陶瓷1-1-1，竖直弯曲陶瓷组1-2包括n片竖直弯曲陶瓷1-2-1，其中，m、n均为大于等于2的偶数；
相邻两个水平弯曲陶瓷1-1-1之间设置有电极片1-4，相邻两个竖直弯曲陶瓷1-2-1之间设置有电极片1-4，
对水平弯曲压电陶瓷组1-1中的电极片1-4施加电压激励信号时水平弯曲压电陶瓷组1-1沿水平方向弯曲，对竖直弯曲压电陶瓷组1-2中的电极片1-4施加电压激励信号时竖直弯曲压电陶瓷组1-2沿竖直方向弯曲，其中，第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的水平弯曲压电陶瓷组1-1施加正向电压激励信号时沿X轴正向弯曲，施加负向电压激励信号时沿X轴负向弯曲，
第二振子1-7和第四振子1-9的水平弯曲压电陶瓷组1-1施加正向电压激励信号时沿Y轴正向弯曲，施加负向电压激励信号时沿Y轴负向弯曲；
四组压电振子1的竖直弯曲陶瓷组1-2施加正向电压激励信号时沿Z轴正向弯曲，施加负向电压激励信号时沿Z轴负向弯曲。
本实施方式中，四组压电振子1分别为第一组压电振子1-6、第二组压电振子1-7、第三组压电振子1-8和第四组压电振子1-9。
压电振子1为n组时，n为大于等于4的偶数，n组压电振子以基体为中心对称连接在基体2的侧面上，对称设置的两组压电振子1同轴，对称且垂直设置的四组压电振子1的激励方法如图2至图9所示。
具体实施方式二：参照图2至图8具体说明本实施方式，本实施方式为六自由度压电驱动装置的激励方法，该方法是基于具体实施方式一所述的六自由度压电驱动装置实现的，本实施方式中，该方法可驱动六自由度压电驱动装置实现六个自由度的运动，其中，六个自由度包括沿X、Y和Z轴的移动，绕X、Y和Z轴的转动。
附图2给出了六自由度压电驱动装置简化示意图，为了便于描述六自由度压电驱动装置在一个周期内的运动轨迹，我们将压电振子1简化为一条直线，同时，选择四个驱动足1-5与工作台3的四个接触点M、N、P、Q，用这四个点的运动轨迹描述四个驱动足1-5的在一个周期内的空间运动轨迹；
该激励方法可以激励六自由度压电驱动装置沿X轴正向或负向移动，下面以沿X轴正向移动为例，说明该激励方法，具体包括以下步骤：
步骤一一、第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的竖直弯曲陶瓷组1-2施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的驱动足1-5离开工作台3，此时第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9处于初始位置；
步骤一二、第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的水平弯曲陶瓷组1-1施加正电压，第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8沿X轴正向弯曲。
步骤一三、第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的竖直弯曲陶瓷组1-2施加电压降为0，它们沿Z轴负向运动，带动第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的驱动足1-5压在工作台3上；
步骤一四、第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的竖直弯曲陶瓷组1-2施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的驱动足1-5离开工作台3；
步骤一五、第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的水平弯曲陶瓷组1-1施加电压降为0，它们沿X轴负向运动，返回到初始位置，由于驱动足1-5和工作台3之间的静摩擦力，六自由度压电驱动装置沿X轴正向移动一步；
步骤一六、第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的竖直弯曲陶瓷组1-2施加电压降为0，它们沿Z轴负向运动，带动第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的驱动足1-5压在工作台3上；
步骤一七、重复步骤一一到步骤一六，实现对六自由度压电驱动装置在工作台上的连续驱动，实现沿X轴正向持续移动；
该激励方法可以激励六自由度压电驱动装置沿X轴正向或负向移动，以沿X轴负向移动为例，说明该激励方法，如附图3所示，具体包括以下步骤：
步骤一一一、第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的竖直弯曲陶瓷组1-2施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的驱动足1-5离开工作台3，此时第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9处于初始位置；
步骤一一二、第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的水平弯曲陶瓷组1-1施加负电压，第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8沿X轴负向弯曲。
步骤一一三、第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的竖直弯曲陶瓷组1-2施加电压降为0，它们沿Z轴负向运动，带动第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的驱动足1-5压在工作台3上；
步骤一一四、第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的竖直弯曲陶瓷组1-2施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的驱动足1-5离开工作台；
步骤一一五、第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的水平弯曲陶瓷组1-1施加电压降为0，它们沿X轴正向运动，返回到初始位置，由于驱动足1-5和工作台3之间的静摩擦力，六自由度压电驱动装置沿X轴负向移动一步；
步骤一一六、第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的竖直弯曲陶瓷组1-2施加电压降为0，它们沿Z轴负向运动，带动第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的驱动足1-5压在工作台上；
步骤一一七、重复步骤一到步骤六，可以实现对六自由度压电驱动装置在工作台上的连续驱动，实现其沿X轴负向持续移动；
该激励方法能够激励六自由度压电驱动装置沿Y轴正向或负向移动，下面以沿Y轴正向移动为例，说明该激励方法，如附图4所示，具体包括以下步骤：
步骤二一、第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的竖直弯曲陶瓷组1-2施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的驱动足1-5离开工作台3，此时第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8处于初始位置；
步骤二二、第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的水平弯曲陶瓷组1-1施加正电压，第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9沿Y轴正向弯曲。
步骤二三、第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的竖直弯曲陶瓷组1-2施加电压降为0，它们沿Z轴负向运动，带动第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的驱动足1-5压在工作台3上；
步骤二四、第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的竖直弯曲陶瓷组1-2施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的驱动足1-5离开工作台；
步骤二五、第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的水平弯曲陶瓷组1-1施加电压降为0，它们沿Y轴负向运动，返回初始位置，由于驱动足1-5和工作台3之间的静摩擦力，六自由度压电驱动装置沿Y轴正向移动一步；
步骤二六、第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的竖直弯曲陶瓷组1-2施加电压降为0，它们沿Z轴负向运动，带动第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的驱动足1-5压在工作台上；
步骤二七、重复步骤二一到步骤二六，实现对六自由度压电驱动装置在工作台上的连续驱动，实现沿Y轴正向持续移动；
该激励方法可以激励六自由度压电驱动装置绕Z轴转动，下面以绕Z轴顺时针转动为例，说明该激励方法，如附图5所示，其中附图5(1)为初始状态，附图5(2)到附图5(9)对应以下步骤三一到步骤三八，步骤三九的结果与步骤三一相同，具体包括以下步骤：
步骤三一、第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的竖直弯曲陶瓷组1-2施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的驱动足1-5离开工作台3，此时第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9处于初始位置；
步骤三二、第一组压电振子1-6的水平弯曲陶瓷组1-1施加负电压，第三组压电振子1-8的水平弯曲陶瓷组1-1施加正电压，第一组压电振子1-6沿X轴负向弯曲，第三组压电振子1-8沿X轴正向弯曲；
步骤三三、第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的竖直弯曲陶瓷组1-2施加电压降为0，它们沿Z轴负向运动，带动第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的驱动足1-5压在工作台3上；
步骤三四、第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的竖直弯曲陶瓷组1-2施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的驱动足1-5离开工作台3；
步骤三五、第二组压电振子1-7的水平弯曲陶瓷组1-1施加负电压，第四组压电振子1-9的水平弯曲陶瓷组1-1施加正电压，第二组压电振子1-7沿Y轴负向弯曲，第四组压电振子1-9沿Y轴正向弯曲；
步骤三六、第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的水平弯曲陶瓷组1-1施加电压降为0，第一组压电振子1-6沿X轴正向运动，第三组压电振子1-8沿X轴负向运动，返回其初始位置，由于驱动足1-5和工作台3之间的静摩擦力，六自由度压电驱动装置沿Z轴顺时针旋转一个角度；
步骤三七、第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的竖直弯曲陶瓷组1-2施加电压降为0，它们沿Z轴负向运动，带动第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的驱动足1-5压在工作台3上；
步骤三八、第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的竖直弯曲陶瓷组1-2施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的驱动足1-5离开工作台3；
步骤三九、第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的水平弯曲陶瓷组1-1施加电压降为0，第二组压电振子1-7沿Y轴正向运动，第四组压电振子1-9沿Y轴负向运动，返回初始位置，由于驱动足1-5和工作台3之间的静摩擦力，六自由度压电驱动装置沿Z轴顺时针旋转一个角度；
步骤三十、重复步骤三二到步骤三九，实现对六自由度压电驱动装置在工作台上的连续驱动，实现绕Z轴顺时针连续转动；
该激励方法可以激励六自由度压电驱动装置沿Z轴正向、负向移动，以激励其沿Z轴负向移动为例，如附图6所示，以此说明该激励方法：初始时刻，六自由度压电驱动装置置于工作台3上，如附图6(1)所示，然后四组压电振子1的竖直弯曲陶瓷组1-2都施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，在自身及负载重力的作用下，六自由度压电驱动装置沿Z轴负向移动一步；
该激励方法可以激励六自由度压电驱动装置绕X轴转动，下面以激励其绕X轴顺时针转动为例，如附图7所示，以此说明该激励方法：初始时刻，六自由度压电驱动装置置于工作台3上，如附图7(1)所示，然后第二振子1-7、第三振子1-8、第四振子1-9竖直弯曲陶瓷组1-2施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，在自身及负载重力的作用下，六自由度压电驱动装置绕X轴顺时针转动一个角度；
该激励方法可以激励六自由度压电驱动装置绕Y轴转动，下面以激励其绕Y轴顺时针转动为例，如附图8所示，以此说明该激励方法：初始时刻，六自由度压电驱动装置置于工作台3上，如附图8所示，第一振子1-7、第三振子1-8、第四振子1-9竖直弯曲陶瓷组1-2施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲振动，在自身及负载重力的作用下，六自由度压电驱动装置绕Y轴顺时针转动一个角度。
具体实施方式三：参照图9具体说明本实施方式，本实施方式为自由度压电驱动装置的激励方法，该方法是基于具体实施方式一所述的六自由度压电驱动装置实现的，本实施方式中，该激励方法复合激励六自由度压电驱动装置沿X、Y轴移动的激励方法，激励其在水平面内任意方向的移动，沿X、Y轴正向移动实现平面内移动具体包括以下步骤：
步骤四一、第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的竖直弯曲陶瓷组1-2施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的驱动足1-5离开工作台3，此时第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9处于初始位置；
步骤四二、第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的水平弯曲陶瓷组1-1施加正电压，它们沿X轴正向弯曲振动。
步骤四三、第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的竖直弯曲陶瓷组1-2施加电压降为0，它们沿Z轴负向运动，带动第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的驱动足1-5压在工作台3上；
步骤四四、第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的竖直弯曲陶瓷组1-2施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲振动，带动第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的驱动足1-5离开工作台；
步骤四五、第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的水平弯曲陶瓷组1-1施加正电压，它们沿Y轴正向弯曲；
步骤四六、第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的水平弯曲陶瓷组1-1施加电压降为0，它们沿X轴负向运动，返回其初始位置，由于驱动足1-5和工作台3之间的静摩擦力，六自由度压电驱动装置沿X轴正向移动一步；
步骤四七、第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的竖直弯曲陶瓷组1-2施加电压降为0，它们沿Z轴负向运动，带动第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的驱动足1-5压在工作台上；
步骤四八、第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的竖直弯曲陶瓷组1-2施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的驱动足1-5离开工作台；
步骤四九、第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的水平弯曲陶瓷组1-1施加电压降为0，它们沿Y轴负向运动，返回初始位置，由于驱动足1-5和工作台3之间的静摩擦力，六自由度压电驱动装置沿Y轴正向移动一步；
步骤四十、重复步骤四二到步骤四九，实现对六自由度压电驱动装置在工作台3上的连续驱动，实现其在平面内持续移动。
下面以激励其沿X轴负向、Y轴正向移动，复合两运动实现平面第二象限内移动为例说明该方法，如附图9所示，其中附图9(1)为初始状态，附图9(2)到附图9(9)对应以下步骤四一到步骤四八，步骤四一九的结果与步骤四一一相同，具体包括以下步骤：
步骤四一一、第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的竖直弯曲陶瓷组1-2施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的驱动足1-5离开工作台3，此时第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9处于初始位置；
步骤四一二、第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的水平弯曲陶瓷组1-1施加负电压，它们沿X轴负向弯曲振动。
步骤四一三、第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的竖直弯曲陶瓷组1-2施加电压降为0，它们沿Z轴负向运动，带动第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的驱动足1-5压在工作台3上；
步骤四一四、第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的竖直弯曲陶瓷组1-2施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲振动，带动第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的驱动足1-5离开工作台；
步骤四一五、第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的水平弯曲陶瓷组1-1施加正电压，它们沿Y轴正向弯曲；
步骤四一六、第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的水平弯曲陶瓷组1-1施加电压降为0，它们沿X轴正向运动，返回初始位置，由于驱动足1-5和工作台3之间的静摩擦力，六自由度压电驱动装置沿X轴负向移动一步；
步骤四一七、第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的竖直弯曲陶瓷组1-2施加电压降为0，它们沿Z轴负向运动，带动第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的驱动足1-5压在工作台上；
步骤四一八、第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的竖直弯曲陶瓷组1-2施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第一组压电振子1-6和第三组压电振子1-8的驱动足1-5离开工作台；
步骤四一九、第二组压电振子1-7和第四组压电振子1-9的水平弯曲陶瓷组1-1施加电压降为0，它们沿Y轴负向运动，返回初始位置，由于驱动足1-5和工作台3之间的静摩擦力，六自由度压电驱动装置沿Y轴正向移动一步；
步骤四一十、重复步骤四一二到步骤四一九，可以实现对六自由度压电驱动装置在工作台上的连续驱动，实现其在平面内持续移动。
具体实施方式四：参照图10具体说明本实施方式。本实施方式中，六自由度压电驱动装置作为定子，固定在底座上，将工作台3作为动子，以六自由度压电驱动装置四组压电振子1的前端盖1-3作为六自由度压电驱动装置的输出装置，以工作台1及其负载的重力作为预紧力，保证工作台3与四组压电振子1的前端盖1-3接触，采用具体实施方式二的激励方法，以驱动足1-5和工作台3之间的静摩擦力作为驱动力，驱动工作台3实现六个自由度的运动；采用具体实施方式三的激励方法，激励驱动工作台3实现平面内任意方向无限行程的运动。
Claims (7)
1.六自由度压电驱动装置，其特征在于，它包括四组压电振子(1)、基体(2)和工作台(3)，
四组压电振子(1)的结构均相同，每组压电振子(1)包括水平弯曲压电陶瓷组(1-1)、竖直弯曲压电陶瓷组(1-2)和前端盖(1-3)，
水平弯曲压电陶瓷组(1-1)和竖直弯曲压电陶瓷组(1-2)组成的陶瓷组的首端与基体(2)的四个侧面固定连接，水平弯曲压电陶瓷组(1-1)和竖直弯曲压电陶瓷组(1-2)组成的陶瓷组的末端连接有前端盖(1-3)，前端盖(1-3)末端设置有驱动足(1-5)，且驱动足(1-5)侧壁与工作台(3)接触；
第一组压电振子(1-6)与第三组压电振子(1-8)同轴，第二组压电振子(1-7)与第四组压电振子(1-9)同轴，第一组压电振子(1-6)与第二组压电振子(1-7)轴向垂直；
水平弯曲陶瓷组(1-1)包括m片水平弯曲陶瓷(1-1-1)，竖直弯曲陶瓷组(1-2)包括n片竖直弯曲陶瓷(1-2-1)，其中，m、n均为大于等于2的偶数；
相邻两个水平弯曲陶瓷(1-1-1)之间设置有电极片(1-4)，相邻两个竖直弯曲陶瓷(1-2-1)之间设置有电极片(1-4)，
对水平弯曲压电陶瓷组(1-1)中的电极片(1-4)施加电压激励信号时水平弯曲压电陶瓷组(1-1)沿水平方向弯曲，对竖直弯曲压电陶瓷组(1-2)中的电极片(1-4)施加电压激励信号时竖直弯曲压电陶瓷组(1-2)沿竖直方向弯曲，第一组压电振子(1-6)和第三组压电振子(1-8)的水平弯曲压电陶瓷组(1-1)施加正向电压激励信号时沿X轴正向弯曲，施加负向电压激励信号时沿X轴负向弯曲，
第二组压电振子(1-7)和第四组压电振子(1-9)的水平弯曲压电陶瓷组(1-1)施加正向电压激励信号时沿Y轴正向弯曲，施加负向电压激励信号时沿Y轴负向弯曲；
四组压电振子(1)的竖直弯曲陶瓷组(1-2)施加正向电压激励信号时沿Z轴正向弯曲，施加负向电压激励信号时沿Z轴负向弯曲。
2.根据权利要求1所述的六自由度压电驱动装置，其特征在于，竖直弯曲陶瓷组(1-2)与基体(2)的四个侧面固定连接或者水平弯曲陶瓷组(1-1)与基体(2)的四个侧面固定连接。
3.根据权利要求1所述的六自由度压电驱动装置，其特征在于，所述的四组压电振子(1)在驱动过程中，驱动足(1-5)末端质点的空间运动轨迹为任意的闭合多边形。
4.六自由度压电驱动装置的激励方法，该方法是基于权利要求1所述的六自由度压电驱动装置实现的，其特征在于，该激励方法能够激励六自由度压电驱动装置实现六自由度运动，六个自由度包括沿X、Y和Z轴的移动，绕X、Y和Z轴的转动；
以沿X轴正向移动为例来说明六自由度压电驱动装置沿X轴正向或负向移动的激励方法：
步骤一一、第一组压电振子(1-6)和第三组压电振子(1-8)的竖直弯曲陶瓷组(1-2)施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第一组压电振子(1-6)和第三组压电振子(1-8)的驱动足(1-5)离开工作台(3)，此时第二组压电振子(1-7)和第四组压电振子(1-9)处于初始位置；
步骤一二、第一组压电振子(1-6)和第三组压电振子(1-8)的水平弯曲陶瓷组(1-1)施加正电压，第一组压电振子(1-6)和第三组压电振子(1-8)沿X轴正向弯曲；
步骤一三、第一组压电振子(1-6)和第三组压电振子(1-8)的竖直弯曲陶瓷组(1-2)施加电压降为0，它们沿Z轴负向运动，带动第一组压电振子(1-6)和第三组压电振子(1-8)的驱动足(1-5)压在工作台(3)上；
步骤一四、第二组压电振子(1-7)和第四组压电振子(1-9)的竖直弯曲陶瓷组(1-2)施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第二组压电振子(1-7)和第四组压电振子(1-9)的驱动足(1-5)离开工作台(3)；
步骤一五、第一组压电振子(1-6)和第三组压电振子(1-8)的水平弯曲陶瓷组(1-1)施加电压降为0，它们沿X轴负向运动，返回到初始位置，由于驱动足(1-5)和工作台(3)之间的静摩擦力，六自由度压电驱动装置沿X轴正向移动一步；
步骤一六、第二组压电振子(1-7)和第四组压电振子(1-9)的竖直弯曲陶瓷组(1-2)施加电压降为0，它们沿Z轴负向运动，带动第二组压电振子(1-7)和第四组压电振子(1-9)的驱动足(1-5)压在工作台(3)上；
步骤一七、重复步骤一一到步骤一六，实现对六自由度压电驱动装置在工作台上的连续驱动，实现沿X轴正向持续移动；
以沿Y轴正向移动为例来说明六自由度压电驱动装置沿Y轴正向或负向移动的激励方法：
步骤二一、第二组压电振子(1-7)和第四组压电振子(1-9)的竖直弯曲陶瓷组(1-2)施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第二组压电振子(1-7)和第四组压电振子(1-9)的驱动足(1-5)离开工作台(3)，此时第一组压电振子(1-6)和第三组压电振子(1-8)处于初始位置；
步骤二二、第二组压电振子(1-7)和第四组压电振子(1-9)的水平弯曲陶瓷组(1-1)施加正电压，第二组压电振子(1-7)和第四组压电振子(1-9)沿Y轴正向弯曲；
步骤二三、第二组压电振子(1-7)和第四组压电振子(1-9)的竖直弯曲陶瓷组(1-2)施加电压降为0，它们沿Z轴负向运动，带动第二组压电振子(1-7)和第四组压电振子(1-9)的驱动足(1-5)压在工作台(3)上；
步骤二四、第一组压电振子(1-6)和第三组压电振子(1-8)的竖直弯曲陶瓷组(1-2)施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第一组压电振子(1-6)和第三组压电振子(1-8)的驱动足(1-5)离开工作台(3)；
步骤二五、第二组压电振子(1-7)和第四组压电振子(1-9)的水平弯曲陶瓷组(1-1)施加电压降为0，它们沿Y轴负向运动，返回初始位置，由于驱动足(1-5)和工作台(3)之间的静摩擦力，六自由度压电驱动装置沿Y轴正向移动一步；
步骤二六、第一组压电振子(1-6)和第三组压电振子(1-8)的竖直弯曲陶瓷组(1-2)施加电压降为0，它们沿Z轴负向运动，带动第一组压电振子(1-6)和第三组压电振子(1-8)的驱动足(1-5)压在工作台(3)上；
步骤二七、重复步骤二一到步骤二六，实现对六自由度压电驱动装置在工作台上的连续驱动，实现沿Y轴正向持续移动；
以绕Z轴顺时针转动为例来说明六自由度压电驱动装置绕Z轴顺时针转动或逆时针转动的激励方法：
步骤三一、第一组压电振子(1-6)和第三组压电振子(1-8)的竖直弯曲陶瓷组(1-2)施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第一组压电振子(1-6)和第三组压电振子(1-8)的驱动足(1-5)离开工作台(3)，此时第二组压电振子(1-7)和第四组压电振子(1-9)处于初始位置；
步骤三二、第一组压电振子(1-6)的水平弯曲陶瓷组(1-1)施加负电压，第三组压电振子(1-8)的水平弯曲陶瓷组(1-1)施加正电压，第一组压电振子(1-6)沿X轴负向弯曲，第三组压电振子(1-8)沿X轴正向弯曲；
步骤三三、第一组压电振子(1-6)和第三组压电振子(1-8)的竖直弯曲陶瓷组(1-2)施加电压降为0，它们沿Z轴负向运动，带动第一组压电振子(1-6)和第三组压电振子(1-8)的驱动足(1-5)压在工作台(3)上；
步骤三四、第二组压电振子(1-7)和第四组压电振子(1-9)的竖直弯曲陶瓷组(1-2)施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第二组压电振子(1-7)和第四组压电振子(1-9)的驱动足(1-5)离开工作台(3)；
步骤三五、第二组压电振子(1-7)的水平弯曲陶瓷组(1-1)施加负电压，第四组压电振子(1-9)的水平弯曲陶瓷组(1-1)施加正电压，第二组压电振子(1-7)沿Y轴负向弯曲，第四组压电振子(1-9)沿Y轴正向弯曲；
步骤三六、第一组压电振子(1-6)和第三组压电振子(1-8)的水平弯曲陶瓷组(1-1)施加电压降为0，第一组压电振子(1-6)沿X轴正向运动，第三组压电振子(1-8)沿X轴负向运动，返回其初始位置，由于驱动足(1-5)和工作台(3)之间的静摩擦力，六自由度压电驱动装置沿Z轴顺时针旋转一个角度；
步骤三七、第二组压电振子(1-7)和第四组压电振子(1-9)的竖直弯曲陶瓷组(1-2)施加电压降为0，它们沿Z轴负向运动，带动第二组压电振子(1-7)和第四组压电振子(1-9)的驱动足(1-5)压在工作台(3)上；
步骤三八、第一组压电振子(1-6)和第三组压电振子(1-8)的竖直弯曲陶瓷组(1-2)施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第一组压电振子(1-6)和第三组压电振子(1-8)的驱动足(1-5)离开工作台(3)；
步骤三九、第二组压电振子(1-7)和第四组压电振子(1-9)的水平弯曲陶瓷组(1-1)施加电压降为0，第二组压电振子(1-7)沿Y轴正向运动，第四组压电振子(1-9)沿Y轴负向运动，返回初始位置，由于驱动足(1-5)和工作台(3)之间的静摩擦力，六自由度压电驱动装置沿Z轴顺时针旋转一个角度；
步骤三十、重复步骤三二到步骤三九，实现对六自由度压电驱动装置在工作台上的连续驱动，实现绕Z轴顺时针连续转动；
以沿Z轴负向移动为例来说明六自由度压电驱动装置沿Z轴正向或负向移动的激励方法：
初始时刻，六自由度压电驱动装置置于工作台(3)上，然后四组压电振子(1)的竖直弯曲陶瓷组(1-2)都施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，在自身及负载重力的作用下，六自由度压电驱动装置沿Z轴负向移动一步；
以绕X轴顺时针转动为例来说明六自由度压电驱动装置绕X轴顺时针转动或逆时针转动的激励方法：
初始时刻，六自由度压电驱动装置置于工作台(3)上，然后第一组压电振子(1-6)、第二组压电振子(1-7)、第四组压电振子(1-9)的竖直弯曲陶瓷组(1-2)均施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，在自身及负载重力的作用下，六自由度压电驱动装置绕X轴顺时针转动一个角度；
以绕Y轴顺时针转动为例来说明六自由度压电驱动装置绕Y轴顺时针转动或逆时针转动的激励方法：
初始时刻，六自由度压电驱动装置置于工作台(3)上，第一组压电振子(1-6)、第二组压电振子(1-7)、第三组压电振子(1-8)的竖直弯曲陶瓷组(1-2)均施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲振动，在自身及负载重力的作用下，六自由度压电驱动装置绕Y轴顺时针转动一个角度。
5.根据权利要求4所述的六自由度压电驱动装置的激励方法，其特征在于，所述的激励方法能够复合激励六自由度压电驱动装置沿X、Y轴移动的激励方法，激励其在水平面内任意方向的移动，沿X、Y轴正向移动实现平面内移动具体包括以下步骤：
步骤四一、第一振子(1-6)和第三振子(1-8)的竖直弯曲陶瓷组(1-2)施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第一振子(1-6)和第三振子(1-8)的驱动足(1-5)离开工作台(3)，此时第二组压电振子(1-7)和第四组压电振子(1-9)处于初始位置；
步骤四二、第一组压电振子(1-6)和第三组压电振子(1-8)的水平弯曲陶瓷组(1-1)施加正电压，它们沿X轴正向弯曲振动；
步骤四三、第一组压电振子(1-6)和第三组压电振子(1-8)的竖直弯曲陶瓷组(1-2)施加电压降为0，它们沿Z轴负向运动，带动第一组压电振子(1-6)和第三组压电振子(1-8)的驱动足(1-5)压在工作台(3)上；
步骤四四、第二组压电振子(1-7)和第四组压电振子(1-9)的竖直弯曲陶瓷组(1-2)施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲振动，带动第二组压电振子(1-7)和第四组压电振子(1-9)的驱动足(1-5)离开工作台(3)；
步骤四五、第二组压电振子(1-7)和第四组压电振子(1-9)的水平弯曲陶瓷组(1-1)施加正电压，它们沿Y轴正向弯曲；
步骤四六、第一组压电振子(1-6)和第三组压电振子(1-8)的水平弯曲陶瓷组(1-1)施加电压降为0，它们沿X轴负向运动，返回初始位置，由于驱动足(1-5)和工作台(3)之间的静摩擦力，六自由度压电驱动装置沿X轴正向移动一步；
步骤四七、第二组压电振子(1-7)和第四组压电振子(1-9)的竖直弯曲陶瓷组(1-2)施加电压降为0，它们沿Z轴负向运动，带动第二组压电振子(1-7)和第四组压电振子(1-9)的驱动足(1-5)压在工作台(3)上；
步骤四八、第一组压电振子(1-6)和第三组压电振子(1-8)的竖直弯曲陶瓷组(1-2)施加正电压，它们沿Z轴正向弯曲，带动第一组压电振子(1-6)和第三组压电振子(1-8)的驱动足(1-5)离开工作台(3)；
步骤四九、第二组压电振子(1-7)和第四组压电振子(1-9)的水平弯曲陶瓷组(1-1)施加电压降为0，它们沿Y轴负向运动，返回初始位置，由于驱动足(1-5)和工作台(3)之间的静摩擦力，六自由度压电驱动装置沿Y轴正向移动一步；
步骤四十、重复步骤四二到步骤四九，实现对六自由度压电驱动装置在工作台(3)上的连续驱动，实现其在平面内持续移动。
6.根据权利要求4所述的六自由度压电驱动装置的激励方法，其特征在于，所述的激励方法施加的0电压是负电压。
7.根据权利要求4所述的六自由度压电驱动装置的激励方法，其特征在于，所述的激励方法施加的电压激励信号为方波或者梯形波。
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